高級調度又稱為作業調度或長程調度，其主要功能是根據作業控制塊中的信息，審查系統能否滿足用戶作業的資源需求，以及按照一定的算法，從外存的后備隊列中選取某些作業調入內存，並為它們創建進程、分配必要的資源。然后再將新創建的進程插入就緒隊列，准備執行。它的調度對象是作業。作業是一個比程序更為廣泛的概念，它不僅包含了通常的程序和數據，而且還應配有一份作業說明書，系統根據該說明書來對程序的運行進行控制。在批處理系統中，是以作業為基本單位從外存調入內存的。為了管理和調度作業，在多道批處理系統中為每個作業設置了一個作業控制塊JCB，它是作業在系統中存在的標志，其中保存了系統對作業進行管理和調度所需的全部信息。
低級調度稱為進程調度或短程調度，它所調度的對象是進程(或內核進程）。低級調度用於決定就緒隊列中的哪個進程應獲得處理機，然后再由分派程序執行把處理機分配給該進程的具體操作。低級調度的主要功能有保存處理機的現場信息、按某種算法選取進程、把處理器分配給進程。有兩種進程調度的方式：非搶占式調度和搶占式調度。
在采用非搶占調度方式時，可能引起進程調度的因素可歸結為1、正在執行的進程執行完畢，或因發生某事件而不能再繼續執行；2、執行中的進程因提出I/O請求而暫停執行；3、在進程通信或同步過程中執行了某種原語操作，如P操作(wait操作)、Block原語、Wakeup原語等。非搶占式調度優點實現簡單，開銷小。缺點無法滿足緊急任務。
搶占方式的優點是，可以防止一個長進程長時間占用處理機，能為大多數進程提供更公平的服務，特別是能滿足對響應時間有着較嚴格要求的實時任務的需求。但搶占方式比非搶占方式調度所需付出的開銷較大。搶占式調度基於的原則：優先權原則、短作業有限原則、時間片原則。
中級調度又稱中程調度。引入中級調度的主要目的是為了提高內存利用率和系統吞吐量。為此，應使那些暫時不能運行的進程不再占用寶貴的內存資源，而將它們調至外存上去等待，把此時的進程狀態稱為就緒駐外存狀態或掛起狀態。中級調度實際上就是存儲器管理中的對換功能。
選擇調度方式和算法的准則有面向用戶的和面向系統的。
面向用戶的准則：
- 周轉時間最短。是指從作業被提交給系統開始，到作業完成為止的這段時間間隔(稱為作業周轉時間)。它包括四部分時間：作業在外存后備隊列上等待(作業)調度的時間，進程在就緒隊列上等待進程調度的時間，進程在CPU 上執行的時間，以及進程等待I/O 操作完成的時間。系統則希望平均周轉時間最短，可使得大多數用戶滿意。
- 響應時間快。是從用戶通過鍵盤提交一個請求開始，直至系統首次產生響應為止的時間。
- 截止時間的保證。
- 優先權准則。
面向系統的准則：
- 系統吞吐量高。
- 處理機利用率好。
- 各類資源的平衡利用。
調度算法
在OS中調度的實質是一種資源分配，因而調度算法是指：根據系統的資源分配策略所規定的資源分配算法。
先來先服務（FCFS）調度算法
FCFS 算法比較有利於長作業(進程)，而不利於短作業(進程)。
短作業(進程)優先調度算法
該算法對長作業不利，未考慮作業的緊迫程度。
高優先權優先調度算法
為了照顧緊迫型作業，使之在進入系統后便獲得優先處理，引入了最高優先權優先(FPF)調度算法。分為非搶占式和搶占式。
優先權的類型分為靜態優先權和動態優先權。靜態優先權是在創建進程時確定的，且在進程的整個運行期間保持不變。靜態優先權根據進程類型、進程對資源的需求和用戶要求確定。靜態優先權法簡單易行，系統開銷小，但不夠精確。動態優先權是指在創建進程時所賦予的優先權，是可以隨進程的推進或隨其等待時間的增加而改變的，以便獲得更好的調度性能。
由上式可以看出：
- (1) 如果作業的等待時間相同，則要求服務的時間愈短，其優先權愈高，因而該算法有利於短作業。
- (2) 當要求服務的時間相同時，作業的優先權決定於其等待時間，等待時間愈長，其優先權愈高，因而它實現的是先來先服務。
- (3) 對於長作業，作業的優先級可以隨等待時間的增加而提高，當其等待時間足夠長時，其優先級便可升到很高，從而也可獲得處理機。
時間片輪轉法
在時間片輪轉算法中，時間片的大小對系統性能有很大的影響，如選擇很小的時間片將有利於短作業，因為它能較快地完成，但會頻繁地發生中斷、進程上下文的切換，從而增加系統的開銷；反之，如選擇太長的時間片，使得每個進程都能在一個時間片內完成，時間片輪轉算法便退化為FCFS算法，無法滿足交互式用戶的需求。
多級反饋隊列調度算法
多級反饋隊列算法可以很好的處理交互作用，短作業和長作業。
設置多個就緒隊列，並為各個隊列賦予不同的優先級。第一個隊列的優先級最高，第二個隊列次之，其余各隊列的優先權逐個降低。該算法賦予各個隊列中進程執行時間片的大小也各不相同，在優先權愈高的隊列中，為每個進程所規定的執行時間片就愈小。
當一個新進程進入內存后，首先將它放入第一隊列的末尾，按FCFS原則排隊等待調度。當輪到該進程執行時，如它能在該時間片內完成，便可准備撤離系統；如果它在一個時間片結束時尚未完成，調度程序便將該進程轉入第二隊列的末尾，再同樣地按FCFS原則等待調度執行；如果它在第二隊列中運行一個時間片后仍未完成，再依次將它放入第三隊列，……，如此下去，當一個長作業(進程)從第一隊列依次降到第n隊列后，在第n 隊列中便采取按時間片輪轉的方式運行。
僅當第一隊列空閑時，調度程序才調度第二隊列中的進程運行；僅當第1～(i-1)隊列均空時，才會調度第i隊列中的進程運行。如果處理機正在第i隊列中為某進程服務時，又有新進程進入優先權較高的隊列(第1～(i-1)中的任何一個隊列)，則此時新進程將搶占正在運行進程的處理機，即由調度程序把正在運行的進程放回到第i隊列的末尾，把處理機分配給新到的高優先權進程。
實時調度
實時調度需要的信息：就緒時間、開始截止時間和完成截止時間、處理時間、資源要求、優先級。
假定系統中有m 個周期性的硬實時任務，它們的處理時間可表示為Ci，周期時間表示為Pi，則在單處理機情況下，必須滿足下面的限制條件：
假定系統中的處理機數為N，則應將上述的限制條件改為：
實時調度通常采用采用搶占式調度機制，具有快速切換機制（對外部中斷的快速響應能力、快速的任務分派能力）。
實時調度算法的分類如下：
常見的實時調度算法有：最早截止時間優先即EDF(Earliest Deadline First)算法、最低松弛度優先即LLF(Least Laxity First)算法。松弛程度就是任務緊急程度。
死鎖
死鎖(Deadlock)是指多個進程在運行過程中因爭奪資源而造成的一種僵局，當進程處於這種僵持狀態時，若無外力作用，它們都將無法再向前推進。
產生死鎖的原因：
- 競爭資源：競爭非剝奪資源、臨時性資源都可能導致死鎖。資源分為可剝奪資源（指某進程在獲得這類資源后，該資源可以再被其他進程或系統剝奪，CPU和主存均屬於可剝奪性資源。）和非可剝奪資源（當系統把這類資源分配給某進程后，再不能強行收回，只能在進程用完后自行釋放，如磁帶機、打印機等。）。資源也可分為永久性資源（可以重復使用的資源）和臨時資源（指由一個進程產生，被另一進程使用一短暫時間后便無用的資源）。
- 進程間推進順序非法。
產生死鎖的必要條件：
- 互斥條件：進程對所分配到的資源進行排它性使用，即在一段時間內某資源只由一個進程占用。
- 請求和保持條件：進程已經保持了至少一個資源，又提出了新的資源請求，但是該資源已經被其他進程占有，此時請求進程阻塞。
- 不剝奪條件：進程已獲得的資源，在未使用完之前，不能被剝奪，只能在使用完時由自己釋放。
- 環路等待條件：指在發生死鎖時，必然存在一個進程—資源的環形鏈。
處理死鎖的方法：
- 預防死鎖。
- 避免死鎖。
- 檢測死鎖。
- 解除死鎖。
預防死鎖
該方法是通過設置某些限制條件，去破壞產生死鎖的四個必要條件中的一個或幾個條件，來預防發生死鎖。由於所施加的限制條件往往太嚴格，因而可能會導致系統資源利用率和系統吞吐量降低。預防死鎖的方法是使四個必要條件中的第2、3、4 個條件之一不能成立，來避免發生死鎖。至於必要條件1互斥條件，因為它是由設備的固有特性所決定的，不僅不能改變，還應加以保證。
破壞請求和保持條件：系統規定所有進程在開始運行之前，都必須一次性地申請其在整個運行過程所需的全部資源。其優點是簡單、易於實現且很安全。缺點為資源被嚴重浪費和使進程延遲運行。在允許的情況（較為簡單的情況）下也可以一個一個申請，即申請一個用完就釋放。
破壞不剝奪條件：當一個已經保持了某些資源的進程，再提出新的資源請求而不能立即得到滿足時，必須釋放它已經保持了的所有資源，待以后需要時再重新申請。這延長了進程的周轉時間，增加了系統開銷，降低了系統吞吐量。
破壞環路等待條件：這種方法中規定，系統將所有資源按類型進行線性排隊，並賦予不同的序號。所有進程對資源的請求必須嚴格按照資源序號遞增的次序提出，這樣，在所形成的資源分配圖中，不可能再出現環路。這限制了新類型設備的增加，造成資源浪費，按規定次序申請的方法，必然會限制用戶簡單、自主地編程。
避免死鎖
並不須事先采取各種限制措施去破壞產生死鎖的四個必要條件，而是在資源的動態分配過程中，用某種方法去防止系統進入不安全狀態，從而避免發生死鎖。由於施加較弱的限制條件，便可獲得較高的資源利用率及系統吞吐量，但在實現上有一定的難度。系統的狀態分為安全狀態和不安全狀態，只要能使系統始終都處於安全狀態，便可避免發生死鎖。允許進程動態地申請資源，但系統在進行資源分配之前，應先計算此次資源分配的安全性。若此次分配不會導致系統進入不安全狀態，則將資源分配給進程；否則，令進程等待。
所謂安全狀態，是指系統能按某種進程順序(P1，P2，…，Pn)(稱〈P1，P2，…，Pn〉序列為安全序列)，來為每個進程Pi分配其所需資源，Pi執行結束后釋放資源可供Pi+1使用，直至滿足每個進程對資源的最大需求，使每個進程都可順利地完成。如果系統無法找到這樣一個安全序列，則稱系統處於不安全狀態。
使用銀行家算法可以避免死鎖。
算法數據結構：
可用資源數組Available： 數組大小m表示有m類資源，數組元素表示系統中某類資源可用數目。
最大需求矩陣Max: n×m 的矩陣，定義了系統中n個進程中的每一個進程對m類資源的最大需求。
分配矩陣Allocation： n×m 的矩陣，定義了每一個進程當前已分配給每一類資源數。
需求矩陣Need: n×m的矩陣，用以表示每一個進程還需要的各類資源數。
進程i的某一次請求資源數組Request_i： 大小為m，元素為本次要申請每類資源的數目。
工作數組Work： 表示系統當前可提供的各類資源數目，它含有m個元素，在執行安全算法開始時，Work:=Available。
數組Finish： 它表示系統是否有足夠的資源分配給進程，使之運行完成，大小為n。開始時先做Finish[i]:=false；當有足夠資源分配給進程時，再令Finish[i]:=true。
算法步驟：
- 如果Request i[j]≤Need[i,j]，便轉向步驟(2)；否則認為出錯，因為它所需要的資源數已超過它所宣布的最大值。
- 如果Requesti[j]≤Available[j]，便轉向步驟(3)；否則，表示尚無足夠資源，Pi 須等待。
- 系統試探着把資源分配給進程P i，並修改下面數據結構中的數值：
4.系統執行安全性算法，檢查此次資源分配后系統是否處於安全狀態。若安全，才正式將資源分配給進程Pi，以完成本次分配；否則，將本次的試探分配作廢，恢復原來的資源分配狀態，讓進程Pi等待。
安全性算法步驟：
- 設置兩個向量：Work:=Available，Finish[i]:=false；
-
從進程集合中找到一個能滿足下述條件的進程：
① Finish[i]=false；② Need[i,j]≤Work[j]（系統的資源可以滿足該進程）；若找到，執行步驟3，否則，執行步驟4。 - 當進程Pi獲得資源后，可順利執行，直至完成，並釋放出分配給它的資源，故應執行：Work[j]:= Work[j]+Allocation[i,j]（此時假設Pi已經執行完畢）；Finish[i]:=true；go to step 2；
- 如果所有進程的Finish[i]=true都滿足，則表示系統處於安全狀態；否則，系統處於不安全狀態。
檢測死鎖
並不須事先采取任何限制性措施，也不必檢查系統是否已經進入不安全區，而是允許系統在運行過程中發生死鎖。但可通過系統所設置的檢測機構，及時地檢測出死鎖的發生，並精確地確定與死鎖有關的進程和資源； 然后，采取適當措施，從系統中將已發生的死鎖清除掉。檢測的前提是系統保存有關資源的請求和分配信息。
死鎖定理：S（資源分配圖）狀態為死鎖狀態的充分條件是：當且僅當S狀態的資源分配圖是不可完全簡化的。
資源分配圖
(1) 把N 分為兩個互斥的子集，即一組進程結點P={p1，p2，…，pn}和一組資源結點 R={r1，r2，…，rn}，N=P∪R。(2) 凡屬於E中的一個邊e∈E，都連接着P中的一個結點和R中的一個結點，e={pi，rj}是資源請求邊，由進程pi指向資源rj，它表示進程pi請求一個單位的rj資源。e={rj，pi}是資源分配邊，由資源rj指向進程pi，它表示把一個單位的資源rj分配給進程pi。
資源分配圖簡化
- 在資源分配圖中，找出一個既不阻塞又非獨立的進程結點Pi。在順利的情況下，Pi可獲得所需資源而繼續運行，直至運行完畢，再釋放其所占有的全部資源，這相當於消去pi所求的請求邊和分配邊，使之成為孤立的結點。將圖a中p1的兩個分配邊和一個請求邊消去，便形成圖(b)所示的情況。
- p1釋放資源后，便可使p2獲得資源而繼續運行，直至p2完成后又釋放出它所占有的全部資源，形成圖(c)所示的情況。
- 在進行一系列的簡化后，若能消去圖中所有的邊，使所有的進程結點都成為孤立結點，則稱該圖是可完全簡化的；若不能通過任何過程使該圖完全簡化，則稱該圖是不可完全簡化的。
解除死鎖
與檢測死鎖相配套的一種措施。常采用解除死鎖的兩種方法是：
- (1) 剝奪資源。從其它進程剝奪足夠數量的資源給死鎖進程，以解除死鎖狀態。
- (2) 撤消進程。最簡單的撤消進程的方法是使全部死鎖進程都夭折掉；稍微溫和一點的方法是按照某種順序逐個地撤消進程，直至有足夠的資源可用，使死鎖狀態消除為止。
在出現死鎖時，可采用各種策略來撤消進程。例如，為解除死鎖狀態所需撤消的進程數目最小；或者，撤消進程所付出的代價最小等。
